Vědci z Graphene Flagship představili nejnovější výzkum v oblasti grafenu, který slouží pro zesílení hedvábných vláken, jež produkují pavouci. Díky kombinaci biologických a technologických procesů je možné vytvořit vlákna s rekordní pevností, která dosahují několika násobně lepších vlastností, než běžná přírodní vlákna pavouků.
Grafen jako takový je dvourozměrná formu uhlíku a uhlíkové nanotrubice pak trojrozměrná struktura spojená právě do tvaru trubice. Vědci v poslední době dělají s těmito revolučními materiály obrovské pokroky a možnosti použití jsou velmi široké – jak pro elektroniku, zdravotnictví, tak třeba i v oblasti materiálů pro bezpečnostní nasazení. Tentokrát by výzkum mohl ovlivnit právě segmenty, kde se používají látky všeho druhu.
Základem je pavouk
Vědci vyztužená vlákna nevyrábí umělou cestou, ale využívají k tomu přírodní procesy, které zajišťují přímo vybraní pavouci. Systém funguje tak, že v jejich uzavřeném prostředí se nachází nastříkané větší množství grafenu a uhlíkových nanotrubic.
Kromě klasické potravy tak pavouci konzumují i tyto nanomateriály a ty se pak skrze biologické procesy stávají strukturou samotného produkovaného hedvábného vlákna pavouků. Už samotná přírodní hedvábná vlákna pavouků jsou extrémně silná a mají výjimečné vlastnosti jak z pohledu pevnosti, tak i roztažnosti. Kombinací se zmíněnými nanomateriály ale dochází k ještě výraznějšímu zlepšení vlastností.
Spiderman by záviděl
Zesílená vlákna se pyšní až 3× vyšší pevností, konkrétně 5,4 GPa a rekordní až 10× vyšší průrazuvzdorností – 2,1 GPa, podobně jako mají nejsilnější uhlíková vlákna na světě. Jedná se o hodnoty dosažené v rámci současného výzkumu, ale už teď je jasné, že procesy a materiály půjde optimalizovat ještě více a dosáhnout tak ještě lepších vlastností. Hodí se i dodat, že „pár“ pavouků testování a výzkum nezvládlo.
Nový „BIO“ nanomateriál může sloužit k vytvoření odolných textilií nebo vláken pro padáky, stejně tak pro různé zdravotnické obvazy nebo pokročilé filtry. Hlavní předností je, že by na rozdíl od uměle vytvořených verzí byla biologicky odbouratelná, což je v některých případech nasazení přímo nutností.
Výzkum zmiňuje, že vše nekončí jen u pavouků, ale podobný systém bude možné uplatnit i u dalších živočichů nebo třeba rostlin a dalších biologických struktur. Díky tomu by bylo možné rapidně snížit cenu takového materiálu a rozšířit jeho hromadnou výrobu i pro oblasti, kde to dříve bylo nepředstavitelné kvůli poměru ceny a uplatnění ve výsledném produktu.
Oficiální materiál k výzkumu naleznete na Arxiv.org (PDF)
Jak se dá levně a snadno vyrábět grafen?
